20230118_fotoakusztika_nyito

Fotoakusztikus mérőműszerrel vizsgálják a mezőgazdasági környezetszennyezést

A Fizikai Intézet kutatócsoportja által használt és fejlesztett módszereket már régóta alkalmazzák levegő- és földgázszennyezettség kimutatására - mostantól a
műtrágya használat által okozott környezeti nitrogénterhelés is vizsgálhatóvá válik.

A Fizikai Intézet Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékének és az ELKH-SZTE Fotoakusztikus Környezetifolyamat-megfigyelési Kutatócsoportjának „Műtrágyázásból eredő nitrogénveszteség mértékének vizsgálata; a környezeti nitrogénterhelés becslése szántóföldi kultúráknál fizikai mérésekkel” című projektje is támogatást nyert a Fenntartható Fejlődés és Technológiák Nemzeti Program, Fenntartható Technológiák Alprogram keretében. A projektet Prof. Dr. Bozóki Zoltán vezeti, a megvalósítása 2022. december 1. és 2026. november 30. között zajlik.

A projekt tudományos hátteréről, céljairól, az eredmények gyakorlati alkalmazhatóságáról és a kutatás további irányairól Dr. Horváth Lászlóval beszélgettünk.


Milyen tényezők indokolták a kutatási téma választását?

A környezetszennyezés és a különböző szennyező anyagok kibocsátásának problémája ismert. Az egyik legveszélyesebb környezetszennyező az ammónia – a nitrogén egyik vegyülete. Ez a gáz sokféle káros környezeti hatással rendelkezik. Például csökkenti a biodiverzitást, káros az emberi egészségre, a talajok állapotára, elősegíti az eutrofizációt, stb.… A probléma ott kezdődik, hogy évente 200 millió tonna inert nitrogént szintetizálnak ammóniává, amiből azután műtrágyát gyártanak, melynek legalább a fele veszteségként, szennyezésként a környezetbe kerül, a talajvízbe, az állóvizekbe, a levegőbe, mindenféle földi közegbe. A másik fele is, ami műtrágyaként hasznosul, előbb-utóbb a környezetbe jut, részt vesz a nitrogén ciklusban. Annak érdekében, hogy ezt a folyamatot mérsékeljük, illetve megállítsuk, a felhasználási technikákon kellene javítani, illetve tudni kell, hogy a különböző művelési technikák mellett mennyi műtrágya szabadul fel a légkörbe és mennyi tűnik el az egyéb közegekben. E problémával elég sok laboratórium foglalkozik világszerte. Ennek oka, hogy nagyon összetett a kérdés, mert rengeteg féle művelési technika van, rengeteg féle műtrágya van, meg rengeteg féle mérési módszer, melyek sokszor akár egymásnak ellentmondanak. Ezen a téren tehát lehet még mit kutatni. A téma aktualitása, illetve az Optikai és Kvantumelektronikai Tanszéken folyó, főként a fotoakusztikus módszeren alapuló környezetfizikai kutatások eredményessége miatt választottuk e témát programunknak, mely során nemcsak a műtrágya problémával, hanem általában a fotoakusztikus módszerek környezetanalitikai alkalmazásával fogunk foglalkozni a Fotoakusztikus Kutatócsoport közreműködésével, bár jelenleg a műtrágya van a fókuszban.


20230118_fotoakusztika_1
A nitrogén sorsa a bioszférában az ammóniaszintézistől a környezetterhelésig (Forrás: Horváth L., 2021: Nitrogén és kén: anyagcsere a légkör és a bioszféra között. In: Mészáros E. (szerk.) Légkőr-bioszféra kölcsönhatások. Akadémiai Kiadó, Budapest. MeRSZ elektronikus könyvtár)


Milyen módszerekkel és eszközökkel fogják végezni a méréseket?

A módszer a fotoakusztikán alapul. Megpróbáljuk fotoakusztikus módszerekkel olyan koncentráció tartományban mérni az ammóniát, ami már jellemző a környezeti viszonyokra. Jelen pillanatban ott tartunk, hogy ennek a módszernek a kimutatási határa olyan magas, hogy nem tudjuk a viszonylag alacsony légköri koncentrációkat mérni. Ez irányban folynak fejlesztések, és már jó úton haladnak. Ha már kifejlesztettük a módszert, kivisszük terepre, és elkezdjük mérni a talaj-növényzet-légkör rendszer közti ammónia fluxust, azaz az ammónia áramot, tehát tulajdonképpen azt, hogy mennyi ammónia áramlik a légkörből a felszín felé vagy fordított esetben mennyi jön onnan ki. Az ammónia kicserélődése a talaj és a növényzet között kétirányú. Ha a talaj és a növényzet által fenntartott kompenzációs-pont koncentráció, nagyobb, mint a légköri koncentráció, akkor kibocsátásról van szó, ellenkező esetben pedig ülepedésről. Ehhez még kell egy olyan műszer, egy ultrahang szélmérő, ami a fotoakusztikus rendszerrel össze van kapcsolva, így a fluxust mérni tudja. A méréseket az úgynevezett eddy kovariancia módszerrel végezzük. Ennek a lényege az, hogy mérjük a függőleges szélsebességet, és mérjük a fel, vagy leszálló légrétegekben fennálló koncentrációt. Ha például emisszió történik a felfelé menő légáramban több az ammónia, mint a lefelé menő légáramban. Összefüggésbe hozzuk a felfelé és a lefelé menő légáram sebességének és az ammónia koncentrációjának pillanatnyi változását. A függőleges légáram sebességének és a koncentráció pillanatnyi változásának a szorzat-átlaga adja meg a fluxust, azazaz az áramot.


Hogyan tudják a gyakorlatban alkalmazni a kifejlesztett mérőműszert?

A méréseket műtrágyázott szántóföldi területen fogjuk elvégezni. A műtrágyázás különböző időszakokban is történhet a növény vetési idejétől függően. Csupasz talaj felett is mérünk, illetve vegetációval borított felszín felett is. A lényeg az, hogy a műtrágyázás előtt és után mért értékből meg tudjuk állapítani, mennyi szabadul fel a légkörbe az alkalmazott műtrágyákból. Ennek a gyakorlati haszna pedig ott valósul meg, hogy egyrészt tudjuk, hogy mennyi szabadul fel, másrészt tudjuk, hogy milyen technikával alkalmazták a műtrágyát. Ebből arra a következtetésre juthatunk, hogy milyen összefüggés van az alkalmazott műtrágya fajta, az alkalmazási technika továbbá az egyéb művelési technikák és az ammónia veszteség között.


Milyen távlati terveik vannak a kutatási témát illetően?

Itt még nem állunk meg, mert további műszerfejlesztésekkel laboratóriumban is vizsgálhatjuk ezt a témát. Például tenyészedény, ill. inkubációs kísérletek során vizsgáljuk, honnan jön ki a káros anyag, a növények légzőnyílásain keresztül, vagy a tápoldatból, talajból, a műtrágya adagolása után. Ez is egy lényeges kérdés, hogy talaj bocsátja-e ki inkább az ammóniát vagy a növény, mert mindkettő jelentős forrás lehet. Továbbfejlesztve a fotoakusztikus módszert, áttérhetünk más nitrogén vegyületekre, mint például a dinitrogén-oxidra, az N2O-ra, ami az egyik üvegház gáz, és szintén talajeredetű. Az N2O nagy része az ammóniából származik. Miután az ammónia, pontosabban az ammónium bekerül a talajba, a nitrifikáció során oxidálódik melynek egyik köztes terméke az N2O felszabadul a talajból, nemcsak az üvegház hatása miatt jelentős, hanem eljut akár sztratoszférába is, ahol bontja az ózont. Ezeket a folyamatokat is próbáljuk majd nyomon követni stabil izotópos nyomjelzéses módszerrel, ami olyan segédeszköz, mellyel meg tudjuk állapítani a különböző szennyezőanyagok forrását és annak erősségét.





Tanulmányi hírek

Fizikus_mernoki

Új szakkal bővítjük képzési kínálatunkat: 2024. szeptemberétől fizikus-mérnöki alapszakon is tanulhatnak az SZTE Fizikai Intézethez jelentkező hallgatók.

honlap_kep_1

Érdekel a körülötted lévő világ, és megismernéd pontosabban hogyan is működik? Szeretnél az ország egyik legjobb egyetemén egy gyönyörű városban tanulni? Ha a válaszod igen, legyél Te is fizikus- vagy fizikus-mérnök hallgató az SZTE-n!

Friss hírek

Ignácz Ferenc, az SZTE Fizikai Intézet mesteroktatója.

Május 24-én és 25-én tartja a tanév utolsó, összefoglaló KísérletEST bemutatóját Ignácz Ferenc mesteroktató az SZTE Fizikai Intézet Budó Ágoston előadótermében, szeptembertől pedig érkezik majd a folytatás. A népszerű fizikus évek óta celebrálja kísérleti „showműsorait” a Szegedi Tudományegyetem vonzáskörzetében. Mostanra már felismerik az utcán a diákok.

Dr. Földi Péter egyetemi docens az SZTE Fizikai Intézet Elméleti Fizikai Tanszékének vezetője

Középiskolásoknak szóló számítógépes modellezési videósorozatot készít Dr. Földi Péter egyetemi docens az SZTE Fizikai Intézet Elméleti Fizikai Tanszékének vezetője. A 6. részénél tartó sorozat Fizika és Python - játék és modellezés címmel érhető el, és célja, hogy szórakoztató metodikával vezesse el a fiatalokat a numerikus számítások heuréka élményéhez.

Kövess minket



instagramYouTube